Day 1 - OSI 7계층과 TCP/IP

OSI 7계층

   7  응용 (Application)      사용자와 만나는 서비스      HTTP · FTP · SMTP · DNS
   6  표현 (Presentation)     암호화 · 압축 · 인코딩      JPEG · ASCII · SSL
   5  세션 (Session)          연결의 시작과 끝 관리
   ─────────────────────────────────────────────────────────────
   4  전송 (Transport)        종단 간 전달, 신뢰성        TCP · UDP     세그먼트
   3  네트워크 (Network)      경로 선택, 주소 지정        IP · ICMP     패킷
   2  데이터링크 (Data Link)  같은 망 안의 전달, 오류검출  MAC · 이더넷   프레임
   1  물리 (Physical)         전기 신호로 바꿔 전송        케이블 · 허브   비트

계층 번호와 이름을 바로 대응시킬 수 있어야 한다. "3계층은?" → 네트워크, "라우터는 몇 계층?" → 3계층 식으로 나온다.

주소는 계층마다 다르다

• MAC은 하드웨어에 새겨진 주소라 바뀌지 않고, IP는 설정으로 바뀐다.
• MAC 주소는 00:1a:2b:3c:4d:5e 처럼 16진수 12자리로 쓴다. 16진수 한 자리가 4비트이므로 12 × 4 = 48비트다. 앞쪽 절반(24비트)은 제조사 번호, 뒤쪽 절반은 제조사가 붙인 일련번호다.
• OSI 모델을 만든 곳은 ISO(국제표준화기구)다. 철자가 뒤집힌 꼴이라 "ISO가 OSI를 만들었다" 로 묶어 둔다.

설명 문장에서 계층 찾기

계층 이름을 직접 묻기보다 설명을 주고 몇 계층인지 고르게 하는 문항이 많다. 문장 속 단서 낱말로 가른다.

• 2계층과 4계층이 가장 잘 섞인다. 둘 다 "오류"와 "흐름"을 다루지만 2계층은 바로 옆 장치까지, 4계층은 출발지에서 목적지까지 전체를 책임진다. "인접"이면 2, "종단 간"이면 4다.
• 5·6계층은 한 낱말로 정한다. "암호화·압축"이 보이면 표현, "대화·동기"가 보이면 세션이다.

장비는 "무엇을 보고 전달하나"로 가른다

• 허브와 스위치는 생김새가 같지만 계층이 다르다. 허브는 주소를 볼 줄 몰라 전부에게 뿌리고, 스위치는 MAC 주소를 기억해 두었다가 해당 포트로만 보낸다.
• 허브는 "포트가 여러 개인 리피터", 스위치는 "포트가 여러 개인 브리지" 로 짝지으면 1계층 둘, 2계층 둘이 한 번에 정리된다.
• 여기서 게이트웨이는 계층 모델에서의 장비 이름이다. 4일 차에 나오는 기본 게이트웨이(밖으로 나가는 출구 주소)는 실제로는 라우터가 맡는다. 같은 낱말이 두 뜻으로 쓰인다.

캡슐화 — 내려가며 머리말이 붙는다

보내는 쪽에서는 데이터가 위 계층에서 아래 계층으로 내려가며 계층마다 헤더(머리말)가 하나씩 붙는다. 받는 쪽은 반대로 올라가며 하나씩 벗긴다.

   7~5 응용 데이터                                   [ 데이터 ]
   4   전송       + TCP 헤더(포트 번호)        [ TCP | 데이터 ]          세그먼트
   3   네트워크   + IP 헤더(IP 주소)      [ IP | TCP | 데이터 ]          패킷
   2   데이터링크 + 이더넷 헤더(MAC 주소) [ MAC | IP | TCP | 데이터 | FCS ]  프레임
   1   물리       0과 1의 신호로 바꿔 전송                                비트

• 붙이는 것이 캡슐화(encapsulation), 벗기는 것이 역캡슐화다.
• 데이터 단위 이름이 계층마다 다른 이유가 이것이다. 헤더가 하나 붙을 때마다 이름이 바뀐다 — 세그먼트에 IP 헤더를 붙이면 패킷, 패킷에 이더넷 헤더를 붙이면 프레임이다.
• 헤더에 담기는 주소도 계층과 짝이 맞는다 — 4계층 헤더에 포트, 3계층 헤더에 IP, 2계층 헤더에 MAC.
• 프레임만 꼬리(FCS)가 붙는다. 받은 쪽이 전송 중에 깨졌는지 검사하는 값이다. 2계층의 역할에 "오류 검출"이 들어 있는 근거다.

TCP/IP 4계층

실제 인터넷은 OSI가 아니라 TCP/IP 모델로 동작한다.

   OSI 7계층                    TCP/IP 4계층
   ──────────────────────────────────────────────
   7 응용  ┐
   6 표현  ├──────────────►   4  응용 (Application)
   5 세션  ┘
   4 전송  ───────────────►   3  전송 (Transport)
   3 네트워크 ─────────────►   2  인터넷 (Internet)
   2 데이터링크 ┐
   1 물리      ┘──────────►   1  네트워크 액세스

• OSI는 이론 모델, TCP/IP는 실제 구현이다. 이 대비를 묻는 문제가 나온다.
• 계층 이름은 책마다 조금씩 다르게 적는다. 인터넷 계층 = 네트워크 계층, 네트워크 액세스 계층 = 네트워크 인터페이스 계층 = 링크 계층은 같은 것을 가리킨다.

인터넷 계층의 네 프로토콜

• ARP와 RARP는 방향만 다르다. "IP는 아는데 MAC을 모를 때"가 ARP, 그 반대가 RARP다. 방향을 바꿔 놓은 보기가 오답으로 쓰이기 쉽다.
• IP 자체는 신뢰성이 없다. 순서를 맞추고 빠진 것을 다시 보내는 일은 한 층 위의 TCP가 맡는다. "TCP/IP"라는 이름이 두 프로토콜의 분업을 그대로 보여 준다.

TCP와 UDP

• TCP는 정확하게, UDP는 빠르게가 핵심 대비다.
• TCP의 연결 수립은 3-way handshake — SYN → SYN/ACK → ACK 세 단계다.

   클라이언트                         서버
       │ ──────── SYN ──────────►  │   1  "연결해도 될까요"
       │ ◄────── SYN/ACK ───────── │   2  "좋습니다, 저도 연결할게요"
       │ ──────── ACK ──────────►  │   3  "확인했습니다"
       │ ◄═════ 데이터 전송 ═════► │

• 세 번 주고받는 이유는 양쪽이 모두 "보낼 수 있고 받을 수 있다"는 것을 확인해야 하기 때문이다. 데이터는 3단계가 끝난 뒤에야 흐른다.
• 연결을 끊을 때는 FIN을 주고받으며 네 단계(4-way handshake)를 거친다. 맺을 때 3번, 끊을 때 4번이다.
• UDP에는 이 절차가 없다. 그래서 빠르지만, 중간에 사라져도 보낸 쪽이 알지 못한다.

• 가르는 기준은 "한 글자라도 빠지면 안 되는가" 다. 파일·메일·로그인은 빠지면 안 되니 TCP, 짧은 질의응답이나 실시간 전송은 UDP다.

주요 포트 번호

• 포트 번호를 그대로 묻는다. 특히 22(SSH) · 23(TELNET) · 25(SMTP) · 53(DNS) · 80(HTTP) · 110(POP3) 은 반드시 외운다.
• 0~1023은 잘 알려진 포트(well-known port) 로 root 권한이 있어야 열 수 있다.
• 포트와 서비스의 대응은 /etc/services 파일에 정리되어 있다.

• 포트 번호는 16비트라 전체 범위가 0 ~ 65535다.
• 서버는 정해진 번호에서 기다리고, 클라이언트는 높은 번호 하나를 임시로 받아 찾아간다. 22번을 쓰는 것은 SSH 서버 쪽이지 접속하는 쪽이 아니다.

   # /etc/services  —  서비스이름   포트/프로토콜
   ftp             21/tcp
   ssh             22/tcp
   telnet          23/tcp
   smtp            25/tcp
   domain          53/udp
   http            80/tcp

• 한 줄이 서비스 이름 + 포트/프로토콜 꼴이다. 뒤의 tcp·udp가 그 서비스가 쓰는 전송 프로토콜이다.
• DNS는 이 파일에 domain이라는 이름으로 올라 있다. dns로 찾으면 나오지 않는다.
• 이 파일은 이름과 번호를 짝지어 둔 표일 뿐이다. 여기 적혀 있다고 그 포트가 열려 있는 것은 아니다. 실제로 열린 포트는 4일 차의 netstat·ss로 본다.

내일은 데이터가 실제로 오가는 방식 — 회선 교환과 패킷 교환, 그리고 여러 통신 기술을 다룬다.

📖 용어

• OSI 7계층 : 네트워크 통신을 일곱 단계로 나눈 국제 표준 참조 모델.
• TCP/IP 4계층 : 실제 인터넷에서 사용하는 통신 모델. OSI를 네 층으로 묶은 형태다.
• MAC 주소 : 2계층에서 사용하는 하드웨어 고유 주소.
• 라우터 : 서로 다른 네트워크를 연결하고 경로를 정하는 3계층 장비.
• 스위치 : 같은 네트워크 안에서 MAC 주소로 전달하는 2계층 장비.
• TCP : 연결을 맺고 신뢰성을 보장하는 전송 계층 프로토콜.
• UDP : 연결 없이 빠르게 전달하는 전송 계층 프로토콜.
• 잘 알려진 포트 : 0번부터 1023번까지의 포트. 주요 서비스에 미리 배정되어 있다.